Государственное образовательное учреждение лицей № 1547 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Государственное образовательное учреждение лицей № 1547
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
“Физическая лаборатория”
описание лабораторных работ
для 8, 9,10 и 11 классов лицея.
Раздел “Электричество и магнетизм”
Под редакцией Г.С. Богданова
Москва 2010г.
О ГЛАВЛЕНИЕ
СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В ЕЕ РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ
2
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
22
23
24
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
РЕГУЛИРОВАНИЕ СИЛЫ ТОКА ПЕРЕМЕННЫМ РЕЗИСТОРОМ
НАБЛЮДЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
СБОРКА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА И ЕГО ИСПЫТАНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА НА УЧАСТКЕ ЦЕПИ ОТ ПРИЛОЖЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА НА УЧАСТКЕ ЦЕПИ ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ УЧАСТКА
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА ПРИ ПОМОЩИ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И РАБОТЫ ТОКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛАМПЕ
ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ИЗМЕРЕНИЕ КПД ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ
ИЗУЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
НАБЛЮДЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОК
ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ
1
1. СБОРКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА В ЕЕ РАЗЛИЧНЫХ
УЧАСТКАХ
Цель работы:
1. Овладеть приемами сборки электрической цепи, составленной из последовательно соединенных
элементов.
2. Овладеть приемами сборки электрической цепи, составленной из последовательно соединенных
элементов.
3. Убедиться в том, что сила тока в любом участке последовательной цепи одинакова.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, лампа, ключ, соединительные провода,
металлический планшет
Ход работы
1. Рассмотрите источник электропитания и определите полярность его выходных гнезд.
2. Рассмотрите панель с выключателем и определите:
-
гнезда для подключения проводов;
какому положению подвижной пластины ключа соответствует его условное обозначение на
схемах.
3. Рассмотрите панель с лампой и укажите на ней гнезда для
подключения проводов.
4. Рассмотрите соединительный провод и определите:
-для чего задняя часть штекера имеет отверстие;
-для чего металлический стержень штекера имеет прорезь.
5. Рассмотрите амперметр и определите:
- какая из клемм прибора соединяется с положительным
полюсом источника электропитания;
- какую максимальную силу тока можно им измерить;
- какова цена деления его шкалы.
6. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи,
изображенной на рисунке 1.
7. Соберите эту электрическую цепь.
Начинают сборку с того, что все детали электрической цепи располагают на металлическом
планшете в том порядке, как это показано на рисунке 1. Затем соединяют проводом положительный
полюс источника электропитания с гнездом амперметра, помеченным знаком "+". Потом амперметр
соединяют с лампочкой. Далее лампочку с ключом и, наконец, ключ соединяют с отрицательным
полюсом источника.
8. Проверьте, насколько собранная цепь соответствует ее
условной схеме, нарисованной в тетради.
9. Проверьте, разомкнут ли контакт ключа.
10. Подключите вилку источника электропитания к розетке
электросети кабинета, закрепленной на рабочем столе.
11. Замкните ключ. По отклонению стрелки амперметра и
свечению лампочки убедитесь в том, что собранная цепь
работает.
12. По показанию амперметра определите величину силы тока в
цепи. Измеренное значение силы тока запишите в тетрадь
рядом с нарисованной схемой.
13. Разомкните ключ и разберите электрическую цепь. Для этого
-
2
вначале отключите вилку источника питания от розетки, затем отсоедините провода от гнезд
источника электропитания и только после этого завершите разборку остальной части цепи.
14. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 2. Укажите, в чем отличие этой схемы от
предыдущей.
15. Соберите эту электрическую цепь. Сборку по-прежнему
начинают от положительного полюса источника питания.
16. Выполните действия, указанные в пунктах с 8 по 13.
17. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной
на рисунке 3. Укажите, в чем отличие этой схемы от
предыдущей.
18. Соберите эту электрическую цепь и еще раз выполните
действия, указанные в пунктах с 8 по 13.
19. Сравните значения силы тока, полученные в трех опытах, и сделайте вывод о величине силы тока в
различных участках последовательной цепи.
3
2. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Цель работы: измерить напряжение на контактах двух проволочных сопротивлений, соединенных
последовательно, и сравнить его с суммой напряжений на контактах каждого из этих сопротивлений.
Оборудование: источник электропитания, вольтметр, проволочный резистор R1 ,проволочный
резистор R2,ключ, соединительные провода, металлический планшет.
Ход работы
1. Рассмотрите вольтметр и определите:
- клемму, которой прибор соединяется с положительным
полюсом источника электропитания;
- максимальную величину напряжения, которую можно
измерить данным вольтметром;
- цену деления его шкалы.
2. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 1.
3. Соберите эту электрическую цепь. Вначале на металлическом
планшете располагают детали электрической цепи, как это
показано на рисунке 1. После этого соединяют друг с другом
те элементы цепи, которые нужно подключить последовательно, начиная от положительного полюса источника.
Затем параллельно сопротивлению R1 подключают вольтметр
так, чтобы его клемма, помеченная знаком "+", через другие
элементы цепи оказалась подключенной к положительному
полюсу источника питания.
4. Проверьте правильность сборки цепи. Подключите вольтметр,
как это показано на рисунке 2.
5. Включите источник электропитания в сеть.
6. Замкните ключ и по отклонению стрелки вольтметра убедитесь,
что цепь работает.
7. С помощью вольтметра измерьте напряжение U1 на клеммах
сопротивления R1 . Величину напряжения запишите в тетради
рядом со схемой.
8. Разомкните ключ.
9. Подключите вольтметр, как это показано на рисунке 3 и
зарисуйте в тетради схему.
10. По показанию вольтметра измерьте напряжение U2 на концах
сопротивления R2. Величину напряжения запишите в тетради
рядом со схемой.
11. Подключите вольтметр, как это показано на рисунке 4 и
зарисуйте в тетради схему.
12. Измерьте напряжение U3 на концах участка цепи, состоящего из
двух соединенных последовательно сопротивлений R1 и R2.
13. Разберите электрическую цепь.
14. Вычислите сумму напряжений U1 и U2.
15. Сравните сумму напряжений U1 + U2 с величиной напряжения U3 и убедитесь в справедливости
утверждения о том, что напряжение на участке цепи, состоящем из последовательно соединенных
элементов, равно сумме напряжений на каждом из этих элементов.
4
3. РЕГУЛИРОВАНИЕ СИЛЫ ТОКА ПЕРЕМЕННЫМ РЕЗИСТОРОМ
Цель работы: научиться изменять силу тока в цепи с помощью переменного резистора.
Оборудование: источник электропитания, переменный резистор, лампа, проволочный резистор R1,
ключ, соединительные провода, металлический планшет.
Ход работы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Рассмотрите устройство переменного резистора. Определите:
- при каком положении ползунка сопротивление между выводами
1 и 2 наименьшее и наибольшее;
- при каком положении ползунка сопротивление между выводами
2 и 3 наименьшее и наибольшее;
- между какими выводами сопротивление остается постоянным
при любом положении ползунка;
- какое гнездо на панели соединено с подвижным контактом переменного резистора;
- к каким гнездам панели нужно подключить провода, чтобы с
помощью переменного резистора можно было изменять силу тока в
цепи.
Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, показанную на рисунке 1.
Переведите ползунок переменного резистора в одно из крайних положений.
Соберите электрическую цепь.
Переменный резистор включите так, чтобы, меняя положение ползунка, можно было регулировать
силу тока в цепи.
Включите источник питания, замкните ключ и по показанию амперметра определите величину
тока в цепи. Измеренное значение силы тока запишите в тетрадь.
Повторите измерение силы тока в цепи еще четыре раза. Для этого переведите ползунок переменного резистора сначала в среднее положение, затем на максимальное удаление от исходного
положения, затем опять в среднее и, наконец, верните в исходное.
Сделайте вывод о том, в каких пределах можно было регулировать силу тока в собранной цепи с
помощью данного переменного резистора.
Отключите источник питания от сети и замените лампу на проволочный резистор. Повторите
действия указанные в пунктах с 5 по 7.
Сделайте вывод о том, каким образом с помощью переменного сопротивления удается изменять
силу тока в электрической цепи.
5
4. НАБЛЮДЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Цель работы:
1. исследование зависимости электропроводности раствора от его концентрации;
2. наблюдение химических реакций в растворе при прохождении через него электрического тока.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, лампа, кювета с медным и цинковым
электродами, ключ, стакан с кипяченой водой, поваренная соль, стеклянная палочка.
Ход работы
1. Соберите экспериментальную установку, изображенную на рисунке 1. Для подключения соединительных проводов к электродам кюветы на их штекеры надевают пружинные зажимы.
Зажимы крепятся к отогнутым лепесткам электродов. Цинковый электрод подключают к отрицательному полюсу источника.
2. Налейте в кювету воду, замкните ключ и определите, какую величину тока показывает амперметр.
3. Постепенно добавляйте в кювету соль, помешивайте раствор палочкой и наблюдайте за изменением показаний амперметра.
4. После того, как раствор станет насыщенным и соль перестанет
растворяться, наблюдения можно прекратить. Разомкните ключ.
5. Сделайте вывод о том, как зависит электропроводность раствора
от его концентрации.
6. Обратите внимание на то, что при разомкнутом ключе никаких
внешних проявлений протекания химических реакций в кювете
не наблюдается.
7. Замкните ключ и обратите внимание на образование пузырьков
водорода вблизи поверхности цинкового электрода. Водород образуется в кювете в результате химических реакций, происходящих в растворе при прохождении через него электрического тока.
8. Разомкните ключ и поменяйте местами подключение соединительных проводов к электродам. При
этом медный электрод окажется подключенным к отрицательному полюсу источника питания, а
направление тока в растворе изменится на противоположное.
9. Замкните ключ и наблюдайте за выделением газа и изменением цвета раствора.
10. Разомкните ключ и сделайте общий вывод о наблюдаемых внешних проявлениях химических
реакций в растворе при прохождении через него электрического тока.
6
5. СБОРКА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА И ЕГО ИСПЫТАНИЕ
Цель работы: исследование зависимости напряжения на выводах гальванического элемента от
материала его электродов и электролита.
Оборудование: кювета с двумя медными и цинковым электродами, вольтметр, ключ,
соединительные провода, стакан с насыщенным раствором поваренной соли, стакан с насыщенным
раствором сахара.
Ход работы
1. Соберите экспериментальную установку, как показано на рисунке 1. Установите в кювету медный
и цинковый электроды. Медный электрод подключают к клемме
вольтметра, помеченной знаком "+".
2. В кювету залейте раствор поверенной соли, замкните ключ,
определите и запишите показания вольтметра.
3. Цинковый электрод замените вторым медным.
4. Определите и запишите показания вольтметра во втором опыте.
Сделайте вывод о том, зависит ли напряжение на выводах
гальванического элемента от вещества электродов.
5. Раствор соли вылейте из кюветы в стакан, кювету ополосните и
залейте в нее раствор сахара.
6. Опыт повторите с двумя медными электродами и запишите
показание вольтметра.
7. Опыт повторите, установив в кювету медный и цинковый
электрод. Определите показание вольтметра, запишите его и сравните с результатом, полученным
при заполнении кюветы раствором поваренной соли.
8. Сделайте вывод о том, зависит ли напряжение на выводах гальванического элемента от вещества,
которое находится между его электродами.
7
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА НА УЧАСТКЕ ЦЕПИ ОТ ПРИЛОЖЕННОГО
НАПРЯЖЕНИЯ
Цель работы: определить характер зависимости силы тока на участке цепи от приложенного к
этому участку напряжения.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, вольтметр, резистор R1 , резистор R2 ,
переменный резистор, ключ, соединительные провода, металлический планшет.
Ход работы
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений:
Напряжение, В
2
2,5
3
3,5
4
Сила тока, А (опыт с
R1=12 Ом)
Сила тока, А (опыт с
R2= 6 Ом)
2. Соберите установку, схема которой показана на
рисунке 1. Для сборки установки используют
сопротивление
R1=12 Ом.
Переменный резистор
включают в схему, вставляя соединительные провода в
гнезда 1 и 2 на его подставке.
3. Замкните ключ и, вращая ручку переменного резистора, установите на сопротивлении R1 величину напряжения
2 В.
4. Измерьте и запишите в таблицу величину силы тока в
цепи.
5. Повторите измерение силы тока при значениях напряжения на сопротивлении R1 указанных в таблице. Необходимые значения напряжений
устанавливают поворотом ручки переменного резистора.
6. Замените в собранной цепи сопротивление R1 на сопротивление R2, величина которого 6 Ом.
7. Измерьте силу тока в сопротивлении R2 при значениях напряжения на нем 2,5 В; 3 В; 3,5 В и 4
В.
8. Постройте график зависимости силы тока в сопротивлении R1 от приложенного к нему напряжения.
9. Сделайте вывод о том, как зависит сила тока на участке цепи от приложенного к этому
участку напряжения.
10. На том же графике постройте график зависимости силы тока от напряжения на сопротивлении
R2.
11. Сделайте вывод о том, изменился ли характер зависимости силы тока от напряжения на участке цепи при изменении сопротивления этого участка.
12. Установите, как наклон графика зависимости силы тока от напряжения на участке цепи зависит от сопротивления этого участка.
8
7. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ ТОКА НА УЧАСТКЕ ЦЕПИ ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ
УЧАСТКА
Цель работы: определить характер зависимости силы тока на участке цепи от величины
сопротивления этого участка.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, вольтметр, резистор R1,резистор R2,
переменный резистор, ключ, соединительные провода, металлический планшет.
Ход работы
1. Соберите установку, схема которой показана на рисунке. При сборке установки используйте сопротивление
R1, величина которого 12 Ом. Переменное сопротивление включают в схему вставляя соединительные
провода в гнезда 1 и 2 на его подставке.
2. Замкните ключ и, вращая ручку переменного сопротивления, установите на сопротивлении R1 величину
напряжения 3 В.
3. Измерьте и запишите значение силы тока в цепи.
4. Замените сопротивление R1 сопротивлением R2, величина которого равна 6 Ом.
5. С помощью переменного сопротивления установите на сопротивлении R2 прежнее значение
напряжения 3 В.
6. Еще раз измерьте и запишите значение силы тока в цепи.
7. Сравнивая два полученных результата, укажите, как и во сколько раз изменилась сила тока в
участке цепи при увеличении его сопротивления в два раза и неизменном напряжении.
8. Повторите опыт, установив на сопротивлении R2 напряжение 4 В.
9. Измерьте и запишите значение силы тока в цепи.
10. Замените сопротивление R2 на сопротивление R1, установите на нем напряжение 4 В и вновь
измерьте и запишите значение силы тока в цепи.
11. Сравнивая результаты, полученные при напряжении 4 В, укажите, как и во сколько раз изменилась сила тока в участке цепи при увеличении его сопротивления в два раза.
12. Сделайте общий вывод о том, как зависит сила тока на участке цепи от сопротивления этого
участка при неизменном напряжении на нем.
9
8. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА ПРИ ПОМОЩИ АМПЕРМЕТРА И
ВОЛЬТМЕТРА
Цель работы:
1. освоить метод измерения сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра;
2. убедиться в том, что сопротивление проводника не зависит от силы тока в нем и напряжения на
его концах.
Оборудование: •источник электропитания • амперметр•вольтметр • проволочный резистор
R1•ключ • соединительные провода • металлический планшет.
Ход работы
1. Зарисуйте в тетрадь схему электрической цепи, изображенной на рисунке 1.
2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
№ опыта
Сила тока I, А
Напряжение
U, В
Сопротивление R,
Ом
3. Соберите электрическую цепь, проверьте правильность
сборки и включите источник питания.
4. Установите ползунок переменного сопротивления в одно
из крайних положений.
5. Измерьте силу тока и напряжение на сопротивлении R1.
Данные занесите в таблицу.
6. Повторите опыт еще два раза, установив ползунок
переменного сопротивления сначала в среднее
положение, а затем в другое крайнее положение.
7. Отключите источник питания от сети.
8. Вычислите, применяя закон Ома для участка цепи,
величину сопротивления R1. Используйте результаты
измерений, полученные в каждом из трех опытов.
9. Сопоставив величины сопротивлений, измеренные при разных режимах работы электрической
цепи, сделайте вывод о том, зависит ли сопротивление проводника от силы тока в нем и приложенного к нему напряжения.
10
9. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ И РАБОТЫ ТОКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛАМПЕ
Цель работы: изучение метода измерения мощности и работы тока в электрической лампе с
помощью амперметра, вольтметра и секундомера.
Оборудование: источник электропитания, лампа, переменный резистор, амперметр, вольтметр,
ключ, часы с секундной стрелкой, соединительные провода, металлический планшет.
Ход работы
1. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 1.
2. Соберите электрическую цепь, проверьте правильность
сборки и включите источник питания.
3. Замкните ключ, одновременно с этим заметьте и запишите показания часов.
4. С помощью амперметра и вольтметра измерьте силу
тока и напряжение на лампе. Показания приборов
запишите в тетрадь.
5. Разомкните ключ, одновременно еще раз заметьте и
запишите показания часов.
6. Вычислите сколько секунд горела лампа.
7. Вычислите мощность и работу тока в лампе.
11
10. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА
Цель работы:
1. исследовать зависимость величины магнитного поля магнита от расстояния до него;
2. исследовать взаимодействие полюсов двух магнитов.
Оборудование: постоянный магнит - 2 шт., компас, лист бумаги.
Ход работы
1. Положите на лист бумаги оба магнита так, чтобы они расположились в линию друг за другом и
обращены были друг к другу северными полюсами. При этом расстояние между ними должно
быть примерно 10 см.
2. Медленно приближайте один магнит к другому до тех пор, пока второй магнит не придет в
движение.
3. Верните магниты в исходное положение. Поверните оба магнита на 180° так, чтобы они были
обращены друг к другу южными полюсами.
4. Снова приближайте один магнит к другому, пока второй не начнет двигаться.
5. Расположите оба магнита параллельно друг другу так, чтобы их одноименные полюса были
обращены в одну сторону.
6. Еще раз повторите сближение магнитов до тех пор, пока второй не начнет двигаться.
7. По характеру движения второго магнита в трех проделанных опытах установите, как одноименные
полюса магнитов действуют друг на друга.
8. Повторите три опыта, размещая магниты разноименными полюсами друг к другу.
9. По характеру движения второго магнита установите, как разноименные полюса магнитов действуют друг на друга.
10. На одном краю стола разместите компас, на другом - оба магнита. Вблизи компаса не должно быть
металлических предметов.
11. После того, как стрелка компаса установится в магнитном поле Земли, начинайте приближать
один магнит к компасу.
12. По повороту магнитной стрелки определите расстояние, на котором магнитное поле магнита
станет "заметным" для компаса.
13. Продолжая приближать магнит к компасу, следите за изменением угла отклонения стрелки от
первоначального положения.
14. Повторите опыт, приближая магнит к компасу другим полюсом.
15. Сделайте вывод о том, как изменяется величина магнитного поля магнита с изменением расстояния до него.
12
11. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы: экспериментально определить зависимость скорости и направления вращения якоря
двигателя от величины приложенного напряжения и направления тока в двигателе.
Оборудование: источник электропитания, электродвигатель, амперметр, переменный резистор,
ключ, металлический планшет, соединительные провода.
Ход работы
1. Рассмотрите электродвигатель, закрепленный на панели.
Проверните вручную его якорь, определите насколько
свободно он вращается. Найдите на панели гнезда для
подключения двигателя к электрической цепи.
2. Соберите установку, как показано на рисунке 1. Переменное сопротивление гнездами 1 и 3 подключают
последовательно с ключом к источнику электропитания.
К гнездам 1 и 2 подключают амперметр и электродвигатель, соединенные последовательно.
3. Ползунок переменного резистора переведите в положение, при котором сопротивление между гнездами 1
и 2 минимально.
4. Подключите источник питания к сети и замкните ключ.
5. Перемещая ползунок переменного сопротивления,
плавно увеличивайте силу тока в двигателе, пока его якорь не начнет медленно вращаться.
6. Определите направление вращения якоря.
7 Продолжая увеличивать силу тока, установите, зависит ли от этого скорость вращения якоря.
8. Зарисуйте схему установки в тетрадь и укажите на ней направление тока в двигателе.
9. Измените направление тока в двигателе, поменяв местами соединительные провода на его панели.
10. Установите, изменилось ли при этом направление вращения якоря.
11. Сделайте вывод о том, от чего зависит скорость и направление вращения якоря электродвигателя
постоянного тока.
13
12. ИЗМЕРЕНИЕ КПД ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Цель работы: оценить эффективность преобразования электродвигателем электрической энергии в
механическую.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, вольтметр, электродвигатель постоянного
тока, переменный резистор, ключ, металлический планшет, груз с крючком, весы с разновесами, нить
с петлями на концах, измерительная лента с миллиметровыми делениями, часы с секундной стрелкой
или секундомер.
Ход работы
1. Зарисуйте в тетрадь электрическую схему установки, изображенной на рисунке 1.
2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
m, кг
h1, м
h2, м
h, м
АП , Дж
I, А
U, В
t, с
АЗ, Дж
η ,%
3. Соберите установку, как показано на рисунке 1.
4. Электродвигатель установите у кромки металлического
планшета. Планшет разместите на рабочем столе так,
чтобы вал двигателя выступал на 1 - 2 см за край стола.
5. Измерьте массу груза m.
6. Отрегулируйте длину нити так, чтобы груз, подвешенный к валу двигателя, находился на высоте в 2 - 3
см от пола.
7. Проведите несколько пробных пусков. С помощью
переменного сопротивления установите такой режим
работы двигателя, при котором груз поднимался бы
равномерно и с минимальной скоростью.
8. Измерьте высоту центра груза в нижнем положении h1.
9. Измерьте высоту центра груза при полностью намотанной нитке h2.
10. Вычислите высоту, на которую будет поднят груз с помощью двигателя h = h2 – h1.
11. Включите двигатель и определите величину тока, который протекает в двигателе при подъеме
груза I.
12. Включите двигатель и определите величину напряжения, приложенного к двигателю при подъеме
груза U.
13. Включите двигатель и определите время t подъема груза из нижней точки в верхнюю.
14. По данным измерений вычислите полезную работу, совершенную двигателем при подъеме груза:
Ап = mgh, где g = 9,8 м/с2 , а также работу, затраченную двигателем на подъем груза: АЗ=IUt.
15. Вычислите коэффициент полезного действия электродвигателя η= Ап/АЗ×100%.
14
13. ИЗМЕРЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА
Цель работы: изучить метод измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока с
помощью амперметра и вольтметра.
Оборудование: металлический планшет, источник тока, амперметр, вольтметр, резистор, ключ,
зажимы, соединительные провода.
Для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собирают электрическую
цепь, схема которой показана на рисунке 1.
К источнику тока подключают амперметр, сопротивление и ключ, соединенные
последовательно. Кроме того, непосредственно к выходным
гнездам источника подключают еще и вольтметр.
ЭДС измеряют по показанию вольтметра при разомкнутом
ключе. Этот прием определения ЭДС основан на следствии из
закона Ома для полной цепи, согласно которому при бесконечно
большом сопротивлении внешней цепи напряжение на зажимах
источника равно его ЭДС. (См. параграф "Закон Ома для полной
цепи" учебника "Физика 10").
Для определения внутреннего сопротивления источника
замыкают ключ К. При этом в цепи можно условно выделить
два участка: внешний (тот, который подключен к источнику) и
внутренний (тот, который находится внутри источника тока).
Поскольку ЭДС источника равна сумме падения напряжений на
внутреннем и внешнем участках цепи:
ε = Ur+U R ,
то Ur = ε -U R
(1)
По закону Ома для участка цепи Ur = I· r (2). Подставив равенство (2) в (1) получают:
I · r = ε - U R , откуда r = (ε -U R )/J
Следовательно, чтобы узнать внутреннее сопротивление источника тока, необходимо предварительно определить его ЭДС, затем замкнуть ключ и измерить падение напряжения на внешнем
сопротивлении, а также силу тока в нем.
Ход работы
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
ε ,В
UR,B
I,A
r, Ом
2. Начертите в тетради схему для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.
3.
4.
5.
6.
После проверки схемы соберите электрическую цепь. Ключ разомкните.
Измерьте величину ЭДС источника.
Замкните ключ и определите показания амперметра и вольтметра.
Вычислите внутреннее сопротивление источника.
15
14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС И ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА
ГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Цель работы: изучить измерения ЭДС, внутреннего сопротивления и тока короткого замыкания
источника тока, основанный на анализе графика зависимости напряжения на выходе источника от
силы тока в цепи.
Оборудование: гальванический элемент, амперметр, вольтметр, резистор R1 , переменный резистор,
ключ, зажимы, металлический планшет, соединительные провода.
Из закона Ома для полной цепи следует, что напряжение на выходе источника тока зависит
прямо пропорционально от силы тока в цепи:
так как I =E/(R+r), то IR + Ir = Е, но IR = U, откуда U + Ir = Е или U = Е – Ir
(1).
Если построить график зависимости U от I, то по его точкам пересечения с осями координат
можно определить Е, I К.З. - силу тока короткого замыкания (ток, который потечет в цепи источника,
когда внешнее сопротивление R станет равным нулю).
ЭДС определяют по точке пересечения графика с осью напряжений. Эта точка графика соответствует состоянию цепи, при котором ток в ней отсутствует и, следовательно, U = Е.
Силу тока короткого замыкания определяют по точке пересечения графика с осью токов. В этом
случае внешнее сопротивление R = 0 и, следовательно, напряжение на выходе источника U = 0.
Внутреннее сопротивление источника находят по тангенсу угла наклона графика относительно
оси токов. (Сравните формулу (1) с математической функцией вида У = АХ +В и вспомните смысл
коэффициента при X).
Ход работы
1. Исходя из перечня оборудования, рекомендованного для выполнения работы, составьте схему
установки для исследования зависимости напряжения на выходе источника тока от силы тока в
цепи.
2. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:
U, (В)
I, (А)
3. После проверки схемы преподавателем соберите электрическую цепь. Ползунок переменного
резистора установите в положение, при котором сопротивление цепи, подключенной к источнику
тока, будет максимальным.
4. Определите значение силы тока в цепи и напряжение на зажимах источника при максимальной
величине сопротивления переменного резистора. Данные измерений занесите в таблицу.
5. Повторите несколько раз измерения силы тока и напряжения, уменьшая всякий раз величину
переменного сопротивления так, чтобы напряжение на зажимах источника уменьшалось на 0,1В.
Измерения прекратите, когда сила тока в цепи достигнет значения в 1А.
6. Нанесите полученные в эксперименте точки на график. Напряжение откладывайте по вертикальной
оси, а силу тока - по горизонтальной. Проведите по точкам прямую линию.
7. Продолжите график до пересечения с осями координат и определите величины Е и , I К.З.
8. Измерьте ЭДС источника, подключив вольтметр к его выводам при разомкнутой внешней цепи.
Сопоставьте значения ЭДС, полученные двумя способами, и укажите причину возможного
расхождения результатов.
9. Определите внутреннее сопротивление источника тока. Для этого вычислите тангенс угла наклона
построенного графика к оси токов. Так как тангенс угла в прямоугольном треугольнике равен
отношению противолежащего катета к прилежащему, то практически это можно сделать, найдя
отношение Е / I К.З
16
15. ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА
Цель работы: овладеть способом измерения удельного сопротивления проводника.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, металлический
планшет, циркуль, линейка.
Известно, что сопротивление проводника зависит от удельного сопротивления материала из
которого он изготовлен и его геометрических размеров:
𝑅=𝜌
𝐿
(1)
𝑆
Отсюда следует, что определить удельное сопротивление проводника можно, зная его сопротивление,
длину и площадь поперечного сечения:
𝜌=
𝑅𝑆
(2)
𝐿
Если проводником является проволока с круглым сечением, то, так как площадь круга
𝑆=𝜋
𝑑2
4
,
𝜌=
𝜋𝑑 2 𝑅
(3)
4𝐿
Следовательно, для определения удельного сопротивления
провода надо знать его длину, диаметр и сопротивление. При
отсутствии омметра - прибора, непосредственно измеряющего сопротивление проводника, эту величину можно определить с
помощью амперметра и вольтметра. По закону Ома для участка
цепи:
𝐼=
𝑈
𝑅
или
𝑈
𝑅= .
𝐽
Тогда
𝜌=
𝜋𝑈𝑑 2
4𝐽𝐿
.
В работе определяют удельное сопротивление провода, из которого изготовлено проволочное сопротивление R 1 . Его диаметр
указан на корпусе. Длину провода определяют с помощью
циркуля и линейки.
Ход работы
1. Для измерения удельного сопротивления проводника собирают электрическую цепь, схема
которой показана на рисунке 1.
2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
L, м
d, мм
U, В
I, А
𝜌,
Ом*мм2
м
3. Начертите в тетради схему установки для выполнения работы.
4. С помощью циркуля и линейки измерьте длину одного витка провода, намотанного на каркас
панели проволочного сопротивления.
5. Определите число витков провода на каркасе и вычислите его общую длину.
6. Определите диаметр повода.
7. Соберите электрическую цепь.
8. Замкните ключ и измерьте силу тока в цепи и напряжение на проволочном сопротивлении.
9. Вычислите удельное сопротивление проводника.
10. По справочной таблице задачника по физике определите материал провода, из которого изготовлен
резистор.
17
16. ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ.
Цель работы: экспериментально проверить утверждение о том, что для электрической цепи,
содержащей два последовательно соединенных сопротивления R1 и R2, справедливы равенства: R12 =
𝑈
𝑅
R1 + R2; U12 = U1 + U2 и 𝑈1 = 𝑅2 , где U1 и U2 - падения напряжения на соответствующих
2
1
сопротивлениях.
Оборудование: источник электропитания, резистор R1 , резистор R2 , амперметр, вольтметр, ключ,
соединительные провода.
Схема установки для выполнения работы показана на рисунке 1. К источнику питания
подключают электрическую цепь, составленную из двух проволочных сопротивлений, амперметра и
ключа, соединенных последовательно. Напряжение измеряют вольтметром, который в ходе опыта
подключают к различным участкам цепи.
Сопротивление участков цепи определяют по показаниям амперметра и вольтметра на основе
закона Ома для участка цепи R = U/I.
Ход работы
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
I, А
U1 , В
U1 , В
U1 2 , В
R1,OM
R 2 , Ом
R 1 2 , Ом
U1/U2
R1/R2
Нарисуйте в тетради схему электрической цепи (рис. 1).
Соберите установку и измерьте силу тока в цепи I и напряжение U1 на первом сопротивлении R1.
4. Измените схему установки так, чтобы она позволяла
измерить напряжение на втором сопротивлении. Схему
зарисуйте в тетрадь.
5. Измерьте напряжение U2 на втором сопротивлении R2.
6. Вычислите сумму напряжений U1+U2.
7. Измените схему установки так, чтобы она позволяла
измерить общее напряжение на двух сопротивлениях.
Схему зарисуйте в тетрадь.
8. Измерьте общее напряжение на двух сопротивлениях U12
9. Проверьте, выполняется ли равенство: U12 = U1+U2.
10. По данным проведенных измерений вычислите величины сопротивлений R1, R2 и R12.
11. Вычислите сумму R1 + R2 и проверьте справедливость равенства R12 = R1 + R2.
12. Вычислите отношения и проверьте справедливость равенства.
2.
3.
18
17. ИЗУЧЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ
Цель работы: экспериментально проверить утверждение о том, что для электрической цепи,
содержащей два параллельно соединенных участка, справедливы равенства: I 1 2 = I1 + I2; 1/ R 1 2 = 1/R 1 +
I/ R 2 u I 1 / I 2 = R 2 /R 1 . где I1 и I2 — токи, протекающие через соответствующие сопротивления.
Оборудование: источник электропитания, амперметр, вольтметр, резистор R1,резистор R2 , ключ,
соединительные провода, металлический планшет.
Схема электрической цепи для выполнения работы показана на рисунке. Для измерения напряжения используют вольтметр. Силу тока измеряют амперметром, который в ходе опыта подключают к различным участкам цепи.
Сопротивление участков цепи определяют по показаниям амперметра и вольтметра: по закону
Ома для участка цепи R = U/I.
Ход работы
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
U,
В
I1,
А
I2,
А
I12,
А
R1,
Ом
1/R1,
1/Ом
R2,
Ом
1/R2,
1/Ом
R12,
Ом
1/R12,
1/Ом
I1/I2
R2/R1,
2. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи.
3. Соберите установку и измерьте напряжение U и силу
тока в первом сопротивлении I1.
4. Измените схему установки так, чтобы она позволяла
измерить силу тока во втором сопротивлении. Схему
зарисуйте в тетрадь.
5. Соберите установку и измерьте силу тока во втором
сопротивлении I2.
6. Вычислите сумму токов I1 + I2.
7. Измените схему установки так, чтобы она позволяла измерить общую силы тока в цепи I12.
8. Проверьте, выполняется ли равенство I12=I1+I2.
9. По данным проведенных измерений вычислите величины сопротивлений R1, R2 и R12, а также
величины 1/R1 , 1/R 2 и 1/ R12.
10. Вычислите сумму 1/R1 + 1/ R2 и проверьте справедливость равенства 1/ R12 = 1/ R 1 + 1/ R2
11. Вычислите отношения I1/I2 и R2/R1 и проверьте справедливость равенства I 1 / I 2 = R 2 / R 1
19
18. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
Цель работы: экспериментально подтвердить утверждение о том, что заряд электрона можно
определить используя явление электролиза.
Оборудование: источник электропитания, кювета с двумя медными электродами, амперметр,
ключ, весы с разновесами, соединительные провода, часы с секундной стрелкой, насыщенный раствор
медного купороса.
Из закона Фарадея для электролиза следует, что заряд электрона е может быть определен из
соотношения:
e=
𝑀
𝑚𝑛𝑁𝐴
𝐼𝑡
(1)
где m - масса вещества, выделившегося на катоде, М - его молярная масса, n - валентность этого
вещества, NA - число Авогадро, I - сила тока при электролизе, t - время протекания тока.
Таким образом, для определения заряда электрона указанным способом достаточно измерить три
величины: m, I и t.
Электрическая схема экспериментальной установки для
выполнения работы показана на рисунке 1. В качестве
электролита используют водный раствор медного купороса. В
кювету устанавливают два медных электрода на расстоянии 3 - 4
см один от другого. Один электрод соединяют через ключ с
отрицательным полюсом источника электропитания, другой через амперметр с положительным При этом обращают внимание
на то, чтобы к положительному полюсу источника была
подключена клемма амперметра, помеченная знаком "+".
Массу вещества, выделившегося на катоде, определяют
взвешиванием электрода до и после опыта: если до опыта масса
электрода была m1, а после опыта m2, то m = m1 – m2.
Силу тока определяют амперметром. Так как в ходе опыта
величина тока может меняться, то в формулу (1) подставляют ее
среднее значение Iср. Для определения среднего значения силы тока, показания амперметра
записывают с интервалом в одну минуту на протяжении всего опыта. Затем все значения тока
складывают и полученную сумму делят на количество замеров.
Время измеряют часами с секундной стрелкой.
Ход работы
1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
I,А
Iср,А
m, кг
t, с
e, К л
I1= ; I2= ; I3= ; I4= ; I5= ; I6= ; I7= ;
I8= ; I9= ; I10= ; I11= ; I12= ; I13= ; I14= ;
I15= ;
2. Измерьте массу m 1 электрода, который в последствии будет подключен к отрицательному полюсу
источника электропитания.
3. Соберите электрическую цепь. Электроды подключают к цепи, вставляя их отогнутые лепестки в
прорези штекеров соединительных проводов.
4. Проверьте правильность сборки цепи и надежность крепления соединительных поводов.
5. Подключите источник питания к электросети и заполните кювету раствором медного купороса.
20
6. Замкните ключ и одновременно с этим начните отсчет времени. Запишите первое показание
амперметра I1
7. На протяжении 1 5 - 2 0 минут с интервалом в одну минуту измеряйте и записывайте величину силы
тока в цепи.
8. Через 1 5 - 2 0 минут с момента замыкания ключа разомкните его, отключите источник электропитания и разберите цепь.
9. Промойте и высушите катод.
10. Вычислите среднее значение силы тока Iср.
11. Измерьте массу катода т2.
12. Вычислите массу осевшей на катоде меди: m = m1 – m2.
13. Определите по формуле (1) величину заряда электрона.
21
19. НАБЛЮДЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОК
Цель работы: экспериментально определить зависимость действия магнитного поля на проводник
с током от силы и направления тока в нем.
Оборудование: источник электропитания, катушка-моток, переменный резистор, ключ, полосовой
магнит, штатив с муфтой и лапкой, соединительные провода.
В работе исследуют взаимодействие проволочной катушки-мотка, подвешенной на штативе, с
постоянным магнитом, также установленном на этом штативе рядом с катушкой. Последовательно с
катушкой включают переменное сопротивление, что позволяет менять в ходе опыта силу тока в ней.
Электрическая схема установки показана на рисунке 1.
Ход работы.
1. Соберите экспериментальную установку, как показано на рисунке. Катушка и магнит должны
располагаться так, чтобы плоскость катушки была перпендикулярна продольной оси магнита. Край
магнита должен выступать на 1,5 - 2 см за основание штатива и находиться в центре катушки.
2. Для подвешивания катушки-мотка следует использовать основание, стойку штатива и крестовину, а
также перекладину с роликом из лабораторного набора
«Механика». С помощью крестовины перекладина
устанавливается на стойку штатива. В отверстие
перекладины вкручивается ось с роликом. Провод
катушки-мотка изгибается под углом 180 градусов и
изгибом зацепляется за ось ролика. Высота установки
перекладины и расстояние от оси ролика до стойки
штатива регулируются таким образом, чтобы катушка
совместилась с торцом магнита, лежащего на основании
штатива (рис. 2).
3. Переменное сопротивление включите в цепь так, чтобы с
его помощью можно было изменять силу тока в катушке.
Ползунок переменного сопротивления поставьте в такое
положение, при котором в цепи протекал бы минимальный ток.
4. Замкните ключ и по изменению положения катушки сделайте вывод о характере действия на нее
магнита.
22
5. Увеличивая с помощью переменного сопротивления ток в цепи, установите, как действие магнита на
катушку зависит от силы тока в ней.
5. Изменив подключение соединительных поводов к источнику питания, установите, как зависит
действие магнитного поля на катушку от направления тока в ней.
6. Измените положение полюсов магнита на противоположное и повторите действия, указанные в
пунктах 3, 4 и 5.
7. Для каждого этапа опыта сделайте схематичные рисунки, отражающие изменения во
взаимодействии магнита и катушки при изменении режимов работы установки.
8. Укажите на рисунках направления магнитного поля магнита, тока в катушке и магнитного поля
катушки.
9. Объясните результаты наблюдений.
20. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Цель работы: проверить на опыте зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного
поля.
Оборудование: миллиамперметр, катушка-моток - 1 шт., постоянный магнит, штатив с муфтой и
лапкой.
Ход работы
1. Закрепите в лапке штатива катушку и подключите ее к гнездам миллиамперметра.
2. Приближая и удаляя с разной скоростью магнит к катушке, установите по показаниям
миллиамперметра, как зависит величина индукционного тока от скорости изменения
магнитного поля в месте расположения катушки.
3. Установите, зависит ли направление
индукционного тока от положения полюсов
движущегося магнита.
4. Повторите опыты, закрепив в лапке штатива
магнит, приближая и удаляя к нему и от него
катушку.
5. Определив направление намотки провода в
катушке, направление тока в ней и направление магнитного поля магнита, проверьте справедливость
правила Ленца.
Примечание. При проведении опыта следует удерживать катушку-моток в одной руке, а магнит - в
другой. Осуществляя взаимное сближение и удаление магнита и катушки, в соответствии с описанием
опыта необходимо перемещать сначала один из объектов, а затем другой. Опыт можно повторить и с
одновременным движением магнита и катушки.
23
21. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТОВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ.
Цель работы: определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с помощью
тангенс-гальванометра
Оборудование: тангенс-гальванометр, источник постоянного тока, мультиметр
Для определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли используют прибор,
называемый тангенс-гальванометром. Прибор представляет собой катушку диаметром 0.21 м,
содержащую 6 витков изолированного провода. В центре катушки на горизонтальной площадке
расположена магнитная стрелка. Стрелка находится в корпусе, на
котором имеется шкала для отсчета угла поворота. Корпус закреплен
так, что линия 0-180° шкалы совпадает с плоскостью катушки
тангенс-гальванометра.
При отсутствии тока в катушке магнитная стрелка
устанавливается по направлению вектора индукции магнитного поля
Земли, точнее, в направлении его горизонтальной составляющей.
Поворачивая прибор вокруг вертикальной оси, можно совместить
плоскость катушки с направлением горизонтальной составляющей
индукции магнитного поля Земли. Если по катушке пропустить ток,
то он создаст свое магнитное поле. Вектор индукции этого поля в
центре катушки направлен по оси катушки, т. е. лежит в
горизонтальной плоскости, а величина его Вк равна:
𝐵𝑘 = μ0
I∙N
2∙𝑅
(1)
где I - сила тока в катушке, N - число витков, R - радиус катушки, µ0 - магнитная постоянная.
Горизонтальная составляющая индукции магнитного поля в центре катушки ⃗B представляет
собой векторную сумму поля катушки ⃗Bк и горизонтальной составляющей магнитного поля Земли ⃗Bг
⃗ и ориентируется магнитная стрелка. Из рис. 1 видно, что
(рис. 1). Именно в направлении вектора B
⃗⃗
B
1
𝑡𝑔𝛼 = ⃗⃗ к = ⃗⃗ ∙ ⃗Bк ,
(2)
Bг
Bг
где α- это угол между направлением магнитной стрелки и плоскостью катушки. Таким образом,
зависимость тангенса угла отклонения магнитной стрелки от индукции магнитного поля катушки
является линейной. Угловой коэффициент k прямой, построенной в координатах (Вк, tgα),
определяется величиной горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли.
При выполнении эксперимента Вам необходимо измерить угол отклонения магнитной стрелки
при различных значениях тока в катушке тангенс-гальванометра, построить зависимость тангенса угла
отклонения стрелки от индукции магнитного поля катушки и определить горизонтальную
составляющую магнитного поля Земли.
На рис. 2 представлен внешний вид тангенс-гальванометра - прибора для измерения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Для того чтобы не искажать измеряемое
магнитное поле, штатив прибора изготовлен из немагнитных материалов. На основании штатива
размещены два параллельно соединенных резистора, общее сопротивление которых равно 12 Ом, и
имеются клеммы для подключения источника питания и мультиметра. Сопротивление 12 Ом служит
для защиты источника питания от перегрузки и используется для определения силы тока в катушке
тангенс-гальванометра.
24
Ход работы
1.
Соберите электрическую цель, представленную на рисунке. Мультиметр включите в режим
измерения постоянного напряжения до 20V).
2.
Вращая катушку тангенс-гальванометра вокруг
вертикальной оси, совместите северный полюс
магнитной стрелки с нулевым делением шкалы компаса.
3.
Включите
источник
питания,
установите
минимальный уровень выходного напряжения и плавно
увеличивайте его до тех пор, пока стрелка компаса не
начнет отклоняться. Если стрелка отклонилась в область
углов 270° - 360° измените полярность подключения
источника питания. После успокоения колебаний
магнитной стрелки, запишите в таблицу значение угла ее
отклонения. (Цена деления шкалы - 5°)
Запишите в таблицу показания мультиметра и
продолжите эксперимент, последовательно увеличивая
выходное напряжение источника питания и внося
показания мультиметра в таблицу. При проведении измерений сила тока в цепи не должна превышать
0,5А, что соответствует напряжению 6В, измеряемому мультиметром. После достижения этого
значения повторите измерения при постепенном уменьшении напряжения источника питания.
4.
Для обработки данных воспользуйтесь таблицей.
№
U, В
α, град
IК =U/R, А
Вк, Тл
tgα
Первый столбец таблицы содержит значения падения напряжения на резисторе R. Во
втором столбце таблицы записаны значения углов отклонения магнитной стрелки.
Сила протекающего через катушку тангенс-гальвонометра тока (I) рассчитывается в
третьем столбце на основе закона Ома. В четвертый столбец таблицы вписываются
вычисленные значения индукции магнитного поля, создаваемого катушкой тангенсгальвонометра в месте расположения магнитной стрелки. При этом используется
формула (1). Пятый столбец таблицы предназначен для вычисления тангенса угла
отклонения магнитной стрелки.
5.
Для определения величины горизонтальной составляющей индукции
магнитного поля Земли необходимо построить график зависимости тангенса угла
отклонения магнитной стрелки от индукции магнитного поля катушки. Для построения зависимости отложите по оси ординат значения тангенса угла отклонения
магнитной стрелки, а по оси абсцисс - соответствующие им величины индукции
магнитного поля катушки. Вы увидите, что полученная зависимость близка к
линейной.
6.
Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли Bг вычисляется как
величина, обратная угловому коэффициенту k прямой, построенной по
экспериментальным данным на графике: BГ=I/k.
25